YUV FORMAT

Posted on Edited on In

YUV简介

YUV是一种颜色编码方法，它和我们熟知的RGB红绿蓝颜色体系相对应，它们之间能通过公式相互转换。YUV将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有UV信息一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的。

YUV将亮度Y和色差UV三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输，所以用YUV方式传送占用极少的频宽。

YUV 三个字母的意义分别为：

  • Y：亮度，就是灰度值。除了表示亮度信号外，还含有较多的绿色通道量。单纯的 Y 分量可以显示出完整的黑白图像。
  • U：蓝色通道与亮度的差值。
  • V：红色通道与亮度的差值。

其中，U、V 分量分别表示蓝 (blue)、红 (red) 分量信号，只含有色度信息，所以 YUV 也称为 YCbCr，其中，Cb、Cr的含义等同于U、V，C 可以理解为 component 或者 color。

第一幅是Y分量描述黑白图像，第二幅是U(V)分量描述，第三幅是V(U)分量描述，第四幅是YUV三幅合成后得到的正常图像

人眼对亮度的敏感超过色度，即使把色度信息减少一点，人眼也无法查觉这一点。如果一张图片使用YUV格式保存将更少地占用存储空间。

以采集视频为例，RGB24格式一帧的大小size＝width×heigth×3 Bit，RGB32的size＝width×heigth×4，如果是I420（即YUV标准格式4：2：0）的数据量是 size＝width×heigth×1.5 Bit

YUV详解

YUV的存储格式

YUV的存储格式有两大类：planar和packed。

  • 对于planar的YUV格式，先连续存储所有像素点的Y，紧接着存储所有像素点的U，随后是所有像素点的V。

  • 对于packed的YUV格式，每个像素点的Y,U,V是连续交替存储的。

YUV的采样方式

YUV采样方式，主要描述像素Y、U、V分量采样比例，即表达每个像素时，Y、U、V分量的数目，通常有三种方式：YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0。

  • YUV4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。

  • YUV4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。

  • YUV4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

用图直观地表示采集的方式，以黑点表示采样该像点的Y分量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV分量

  • 使用YUV4:4:4采样，一共要进行12次采样分别4个Y，4个U，4个V，对每一个Y,U,V每个需要8个比特位,就需要12*8=96位，平均下每个像素点需要96/4=24位比特位表示。

  • 使用YUV4:2:2采样,就需要8*8 =64位，平均每个像素64/4=16位。

  • 使用YUV4:2:0采样,就需要6*8 =48位，平均每个像素48/4=12位。

常见的YUV码流的存储方式

Cb、Cr的含义等同于U、V

YUVY 采用422采样格式，packed存储格式

YUVY 采用422采样格式，Planar存储格式

YUV420

YUV420P 和 YUV420SP

  • YUV420p：又叫planer平面模式，Y ，U，V分别再不同平面，也就是有三个平面。
  • YUV420sp：又叫bi-planer或two-planer双平面，Y一个平面，UV在同一个平面交叉存储。

YUV420P –> YUV420SP

NV12 和 NV21

  • NV12:IOS只有这一种模式。存储顺序是先存Y，再UV交替存储。YYYYUVUVUV
  • NV21:安卓的模式。存储顺序是先存Y，再存U，再VU交替存储。YYYYVUVUVU

NV12: UV交替

NV21: VU交替

YUV420的内存计算

1
2
3
4
5
Y = width * hight 

U = Y / 4   V = Y / 4

U + V = Y/2

YUV420中

  • V的步长（也就是宽）是Y的步长的一半，V的行高也是Y的一半。
  • U的步长和行高与V相同，也就是都是Y的一半。
  • U 和 V 的内存占用为都Y的 1/4, U + V 的内存占用为 Y 的 1/2

所以YUV420 数据在内存中的长度是 width * hight * 3 / 2 = width * hight * 1.5

以720×488大小图象YUV420 planar为例，

其存储格式是： 共大小为720 × 480× 3 × 1.5字节，

分为三个部分:Y,U和V

  • Y分量： (720×480)个字节

  • U(Cb)分量：(720×480 × 1/4)个字节

  • V(Cr)分量：(720×480 × 1/4)个字节

三个部分内部均是行优先存储，三个部分之间是Y,U,V 顺序存储。

即YUV数据

  • 0－－720×480字节是Y分量值，

  • 720×480－－720×480×5/4字节是U分量

  • 720×480×5/4 －－720×480×3/2字节是V分量。

YUV422

每两个Y共用一组UV分量。U/V的步长（也就是宽）是Y的步长的一半，但高与 Y 相同。

1
2
3
4
5
Y = width * hight 

U = Y / 2   V = Y / 2

Y = U + V

NV16 和 NV61

  • NV16: UV 交替

  • NV61: VU 交替

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
NV16：
                    w
            +--------------------+
            |Y0Y1Y2Y3...         |
            |...                 |   h
            |...                 |
            |                    |
            +--------------------+        UV 交替为NV16，VU 交替为NV61
            |U0V0U1V1            |
            |...                 |   h
            |...                 |
            |                    |
            +--------------------+


YUV420与YUV422

UV分量的长都是 Y的一般，仅有宽不同， 420 UV的宽是Y的 1/2， 422 UV的宽与 Y 相同

YUV400

灰度数据，没有色度数据, 即仅有 Y 分量

YUV常用格式附录

格式 Mode 通道 比特 示例
GRAY Planar 1 8 400. Y0Y1…Y15
I420 Planar 3 12 420. Y0Y1..Y15 U0U1U2U3 V0V1V2V3 * 常用 理解为YU12
IYUV Planar 3 12 同I420
YUV420P Planar 3 12 同I420 * 感觉 YUV420P 名字更常用
YUVJ420P Planar 3 12 同I420,不同的是色彩转换公式，YUVJ使用 JPEG 公式， 输出数据范围[0..255]， I420的范围是 [16-240]
YV12 Planar 3 12 420. Y0Y1..Y15 V0V1V2V3 U0U1U2U3 * 常用 很多编解码器都用这个格式输入输出
YVU420P Planar 3 12 同YV12
NV12 Planar 2 12 420. Y0Y1..Y15 U0V0U1V1…..U3V3 *常用
NV21 Planar 2 12 420. Y0Y1..Y15 V0U0V1U1…..V3U3
YV16 Planar 3 16 422. Y0Y1..Y15 V0V1..V7 U0U1..U7
YUV422P Planar 3 16 同YV16 * 感觉 YUV422P 名字更常用
I422 Planar 3 16 同YV16
UYVY Packed 1 16 422. U0Y0V0Y1
Y422 Packed 1 16 同UYVY
YUY2 Packed 1 16 422. Y0U0Y1V0
YUV422 Packed 1 16 同YUY2
YUYV Packed 1 16 同YUY2
YVYU Packed 1 16 422. Y0V0Y1U0
YU16 Planar 3 16 422. Y0Y1..Y15 U0U1..U7 V0V1..V7
NV16 Planar 2 16 422. Y0Y1..Y15 U0V0U1V1..U7V7
YV24 Planar 3 24 444. Y0Y1..Y15 V0V1..V15 U0U1..U15
I444 Planar 3 24 同YV24
IYU2 Packed 1 24 444. U0Y0V0